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大连理工大学袁铁江:电网级长时氢储能关键技术

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/8/8 10:25:01  我要投稿  

北极星储能网讯:我们新能源现在的问题,只能够说大规模情况下的数据,把新能源展望一下,没有想出来,最终事实还是放这些东西。30%的比例,今天在大家看很厉害的这些地方,其实把新能源全部排除我的系统照样能运行,一点问题没有。重点关注的是,大家想氢储能怎么用,跟我们传统的石油、重化工这些东西混到一起,产生这个事情的原因也是,来做的时候我们前面讲的本质新能源时代,我们的煤、石油怎么办,我个人认为不能一棍子打死、也不能全部扔掉。

— —大连理工大学电气工程学院教授袁铁江

8月8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”分论坛在北京召开,北极星储能网将对论坛进行全程直播。在8日“化学储能(氢储能)”分论坛上,大连理工大学电气工程学院教授袁铁江作“电网级长时氢储能关键技术”报告。

袁铁江.jpg

大连理工大学电气工程学院教授袁铁江

以下为发言实录:

大连理工大学电气工程学院教授袁铁江:尊敬的各位领导、各位老师、各位同学,大家好!很高兴在这个火热的暑假能够在我们华北电力大学相聚。

跟大家汇报一下,其实今天这个会前面讲的很多都是氢储能,我们有一个省一直在推动这个事情,这两天发改委一直在落实这个事让我们去,我是昨天跑过来的,但是为什么我要来参加这个会呢,感觉我们氢储能的概念不是很明确,我感觉干这个活的人或者加热我们这个队伍的人好像不是太多,所以看到这个主题我想我一定要来一下,最起码干这个活的大家的声音要传出来。

电网长时氢储能有太多太多的问题,为什么要在电网长时这个概念要说清楚,我把这个加了一个副题,给大家汇报切除一点。风光氢,就是综合能源,我们今天讲这个话题,回到能源系统上面来,中间会穿插这么一个概念。

给大家汇报从这样五个方面,重点是第二个问题和第一个问题。

讲这个事情我想从能源系统的演变路径给大家汇报一下是怎么来的,我这个人喜欢读点历史书,总结了一下,其实支撑大家往前进步的基础能源,无外乎电热这两种形式,产生这两种能源的技术路线,归根结底我觉得有几个特征,大家站在不同的角度可能也不一定认可我这个归纳。我的第一个归纳,我认为是脱碳,祖先从水里、树上来的时候,我们考虑的第一个需求就是取暖,怎么把食物加热,让我们变得更加聪明,那时候基本需求是对热的需求,很简单,生产形式。另一种,工业革命,这个需求就比较多了,有电了。有取暖,另外还有交通,要跑的远,我们要便捷的大规模的生产,满足衣食住行的需求。大家看在这之前,我们主要的来源都是我们的煤炭、石油,到后面天然气,是这样的过程。这个演变过程也是一个逐渐的碳含量比较低的过程。后面风能,我记得最开始挤进我们学术门里面做这个事情,当时很多事情还是懵懵懂懂的,那个时候我感觉到大家当时做的工作,设想未来是很宏大的一个场景,什么系统的稳定,做这些事情,今天大家越来越少,基本不做了。其实到今天为止,我个人认为,我们也还在这样一个阶段。回顾一下,最开始的时候我们这个新能源,我记得若干年前在政府参加一个会的时候,有一个领导说,小袁,能不能告诉我们,我们新能源到底电网传输功率是多少,5%,当时情况下我们觉得5%是一个了不起的事情,今天来看我们可能还是在这样一个阶段,我们今天到30%,可能很多省份真的到了这样一个程度。比如我们西部,甘肃、新疆已经到这样的程度,甚至我们的青海,100%,但是青海我觉得不能当成普遍的来看,我觉得跟欧洲电网丹麦有点像,我们不能把这个特例当成普遍来看。

这个特例给了我们一个启发,就是后面这个,有什么区别呢?我是这样想的,不一定对,所谓大规模,界限很难说,但是我觉得应该有一个显著的特征,如果把常规的这些基准的停掉之后,我们回到电容易讲清楚,这个停掉之后这个系统能不能可靠供电,如果达不到这点就是属于前面这种大规模的,不是颠覆性的、革命性的。后一种,如果把我所有的常规技术都停了,用后面这个能不能可靠的满足我们的能源需求,如果能,就是符合后面这项。后面这两个东西来看,我们从简单的做一个加减法大家体会一下,就是后面这个,这是我总结的,不一定对。

我们新能源现在的问题,只能够说大规模情况下的数据,把新能源展望一下,没有想出来,最终事实还是放这些东西。30%的比例,今天在大家看很厉害的这些地方,其实把新能源全部排除我的系统照样能运行,一点问题没有。我在我的朋友圈里面,新疆政府出台了要把这个摘出来,毛病就来自于这些问题,在大规模新能源这个阶段我们是电力系统范畴当中,电力能源系统的问题,主要问题是安全运行。本质新能源系统我们要回到能源系统谈这个问题,要可靠。在大规模新能源电网安全稳定性怎么来解决?我总结了一下,也不一定对,主要是通过我们资源冗余,总的思路,应该就是这个问题。比如电源包括快速可靠的电源,比如说负荷侧的管理,本质上还是这样的思路。但是后者不行,我们周院士讲过,他讲高比能新能源,不知道院士和我讲的是不是一回事,本质新能源解决这个问题不能靠资源解决这个问题,只能靠储能,当然这个地方具体用什么储能,我个人理解,各种各样的储能都有它的用武之地。我们能源领域很大,容得下每一种形式的有竞争力的储能形式,我个人比较偏好于这种物理储能手段,也希望大家支持帮助我们,用这种物理储能转华氢气最后放出来,倾向于压缩空气这种定位在一起,跟抽水蓄能也放在一起,是不是变成物理储能,比较倾向于用氢储能这样的手段,当然这中间有很多的命题。

我重点关注的是,大家想氢储能怎么用,跟我们传统的石油、重化工这些东西混到一起,产生这个事情的原因也是,来做的时候我们前面讲的本质新能源时代,我们的煤、石油怎么办,我个人认为不能一棍子打死、也不能全部扔掉。大家仔细想想,我觉得在我们能够展望到的我的生命极限范围之内,再活50年90多岁了,很困难,那个时候我们原来煤、石油这些东西干什么,我觉得可能不用来发电了,当然那个时候如果按照我刚才说的这种场景煤没有了或者很少了,煤、石油可能我们穿的衣服、包括很多用的东西,大家想想有没有很好的其他的解决方案,我这个思路感觉到替代还是比较难的。今天大家在讲零碳,是指发电这个事情,我们化石能源何去何从这是一个伟大的问题。

面向能源的需求提出已氢气委员桥梁的,进一步解释,以大规模的新能源电解水制氢作为桥梁把它存起来,来构建我们高效清洁的能源系统。具体来讲,电的需求,然后存储,实际氢储能这个概念,根据我的煤炭、石油、化工结合起来,转化成我们需要的其他的,我们要储热,工业生产需要很多的原料,基本从这儿来。

我们比较关注氢有哪些消纳,我们把它分为三个路径,按照氢最终到达终端用户的距离,分本地、中距离、长距离,本地我刚才说的一个城市里面,我们这个工业量很大,也是我们今天主要用氢的地方,这是我本地消纳的一个手段。

进一步讲,距离很近,我们今天有很工业上用的,把电放在我工厂旁边,制氢方式嵌到里面,比如我们搞多晶硅的中间用那个东西,在新疆8台装置集成到一起,零距离,所以我们归结为本地。中距离,我们的汽车,我们都是做氢的,我个人认为未来我们交通能源系统主流是氢,所以大家多多干这个事情,有前途。另外,城市管网,这个不是梦想,很多地方都在实行,我们前面有一个国家重点研发计划搞这个事情,当时中石化,他们把当时的示范城市开放,往里面掺2%,这个很容易,因为不影响,他们算过账。通过省际间的管网,最多掺到50%。

这里面有很多事情需要讲,我讲的这个不一定完全正确,我认为这里面有很重要的问题,原来考虑电能,现在我们考虑能源系统,它的特性改变不了了,这里面的需求因为中间有缓冲,不像我们现在的大规模电力系统急的要死的感觉,我们这个东西其实很多有关部门,大家谈氢储能概念在里面的时候就没有那么急了,但是我们可靠、稳定、安全还是一如既往。总的来讲,核心应该是高效、可靠、稳定的能源供给机制。然后我们说规划、运行控制、调度。

关键技术,在座的大家是干这个活的,我就不讲了。因为我是干电力系统的,我主要是关注下面这个图,把集成这件事情做好,关键技术有很多,我不一一的展开。

围绕这个方面我们也做了一些工作,很肤浅。第一个,系统的架构设计,比如说我们煤化工,用氢气压力,这个有要求,这个氢可能不能满足我的要求,中间有很多化工的问题需要处理,我就不讲了,我们也没做这方面的工作,当然有合作伙伴在做。我们已经做了一点点探索,把结构设计的小工具,做的一个小工具,我们觉得它的难点其实就是环节很多,中间用的石墨流形态和特性迥异。把氢能、电、热这些东西规一化,建立系统等效设计函数。时间关系具体的技术细节不展开。

系统构建,一次系统建模,我们觉得难点在哪儿?多物理量、高阶、强非线性系统、数学建模难,用图形化的方法来解析这个过程,也取得了一点成果。

系统控制,这个地方难的是,我们的系统储能介质为氢气,状态表征影响因素多。解决方法就是,利用氢储能系统的压力,跟我们后面讲的动力有关系,来等效表征系统SOC,借鉴我们电化学储能的概念SOC的状态。总之,验证这个思路想法是对的。

举两个例子,因为做的过程中有人想会有一些问题,我这个片子试着回答一些问题,50万的风电场,每天耗水不超过50吨,用水量很小的。另外讲远、中、近需求量大致多少,根据一个省的数据,今天全中国20亿的装机容量,基本上干这个事情,所以这个需求量很大,也就是说技术前景很光明。

另外我们团队做一个介绍,我们专门做这个事情,我跳了一次槽,前两年到了大连理工大学去了,发挥自己的专长,这方面做了一点事情。最关键的是干了这样一件事情,理工大学给了一部分启动资金干了这个事情,现在没建完,最主要是专业比较欠缺,后端用的地方还有一部分问题,年底建完,欢迎大家去指导工作。

总结一下,风光制氢储能这个事情,一些技术有没有达到完美的状态,有待技术进步,前途比较光明。谢谢大家!(以上内容根据速记整理,未经嘉宾审核)

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